深圳大学西丽校区体育馆屋盖网架结构设计

深圳大学西丽校区体育馆由上部屋盖钢结构和下部混凝土框架结构组成,上部屋盖支撑于下部周边28根混凝土柱上,屋盖双向跨度约60m,东西向结构呈折线型,南北向结构矢高渐变,采用两向正交正放双层网架结构。结合项目特点,介绍双层网架屋盖选型计算、结构设计荷载、受力特性、杆件截面及节点设计等,可供同类项目屋盖结构设计参考。     

深圳大学西丽校区体育馆屋盖网架结构设计

结合某项目特点,分别介绍了两向正交正放双层网架屋盖选型计算、结构设计的荷载、受力特性、杆件截面及节点设计等内容,对同类型项目屋盖结构设计有一定的参考价值。     

平面钢桁架抗弯承载性能试验及有限元分析

GB 50017-2003《钢结构设计规范》中规定,桁架杆件采用节点板连接时,计算模型的连接方式可简化为铰接。现对1榀18m跨钢桁架进行设计荷载下的三分点加载试验研究,并与软件计算结果对比,得到桁架内力和位移响应,得出最优计算模型。结果表明:1)桁架结构中节点对腹杆约束影响范围为(0.15~0.3)杆件长度,建议腹杆计算长度取0.85杆件长度较为安全;2)采用铰接计算模型校核正常使用状态下的挠度较为合适;采用刚接模型校核应力较为合理。     

考虑杆件失稳的半刚接网架稳定性研究

在传统的网架结构设计与分析中,常假定杆件之间的节点为理想刚接或铰接,而实际网架中的节点属于半刚性节点.为了理清节点弯曲刚度对网架稳定性能的影响,提出了一种含有杆件初弯曲的半刚接力学模型,针对具有不同节点弯曲刚度的网架开展了大量的双重非线性分析,探讨了杆件失稳与网架整体失稳之间的内在关系.主要得出如下结论:提出的力学模型可方便有效地考虑网架中的杆件失稳、节点刚度及杆件初弯曲问题;对于具有杆件初弯曲的网架而言,当正则化弯曲刚度κ_b大于3.0时,网架的极限荷载基本接近;当κ_b小于1.5～2.0后,极限荷载明显降低.提高节点的弯曲刚度可有效提高网架的稳定承载能力;杆件初弯曲对网架的稳定承载能力有一定影响,随着κ_b的减小,具有初弯曲杆件的半刚接网架的极限荷载下降量逐渐增大;杆件初弯曲的分布形式不同,网架的失效模式不同.同时失稳杆件的位置具有一定的规律,即失稳杆件集中分布在某一列或某两列的纵向或横向网格内;杆件初弯曲的存在会加剧P-Δ效应,使得部分压杆提前丧失稳定;提出的能考虑杆件失稳的半刚接网架力学模型可推广至双层球面与双层柱面网壳等其他类型的空间网格结构.     

杂多县体育综合馆钢结构设计

杂多县体育综合馆主体结构采用钢筋混凝土框架结构体系,屋盖由大跨度钢结构高次曲面网架组成。对工程结构体系的选型到荷载取值、边界条件、参数取值等进行了分析选定。采用合模计算及分模计算的包络设计方法确保计算内容涵盖结构最不利受力情况;采用抗震性能化设计方法对支座相关构件按设定的性能目标进行设计;网架下弦支座选用成品铰接支座与钢管混凝土柱顶连接,节点可最大限度地符合铰接支座计算假定。钢管混凝土柱脚节点为伸入框架柱的外包柱脚刚接节点,此节点构造复杂,角柱位置节点构造尤其复杂,采用断筋焊接及环绕后锚固方式处理,在满足设计要求的基础上最大程度地降低现场施工难度。     

温州永强机场T2航站楼钢屋盖结构设计

介绍了温州永强机场T2航站楼钢屋盖结构设计的主要工作。从方案配合阶段的建筑总体造型需求出发,阐述了整体上的结构体系比较和选择、屋盖竖向支承结构布置、天窗细部结构形式处理等等。结构设计方面,讨论了屋盖下部支承钢管混凝土柱及其节点设计、网架屋盖结构分析和幕墙钢结构等内容。工程的设计特点和设计思路历程可为类似公共建筑的结构设计提供参考。     

新疆体育场环形斜拉结构研究

新疆体育场罩棚跨度64m,呈飞碟形,采用环形斜拉结构体系。结构的弦杆选用矩形钢管,腹杆选用圆钢管,节点为相贯焊节点。结合具体的结构设计,详细介绍了罩棚的结构体系,根据结构特点,优化传力途经,使结构下弦内力峰值降低67%;在保证结构整体性的前提下,对环向杆件与主桁架连接以及内环连接形式进行优化,也降低了杆件应力。研究了结构变形和钢索内力的特点,表明结构具有比较明显的空间作用;介绍了结构的动力特性和预应力对结构变形的影响。     

某会展中心钢结构网架设计与分析

对某会展中心钢屋盖网架结构进行设计和分析,采用正放四角锥网架,用焊接节点球连接杆件。通过对网架的应力、内力和位移进行计算分析,验证了该网架结构设计的安全性,为类似结构的设计提供有益的参考和借鉴。     

武汉国博会议中心钢屋盖结构设计

针对武汉国博会议中心屋顶不同的空间形状及受力特点,采取不同的设计思路。主体结构上部钢结构采用双向钢桁架(100.8m×64.8m)转换屋盖的结构方式,通过比较不同的桁架结构形式,选用了桁架两端与钢骨柱刚接,斜腹杆在支座附近受拉的布置方式。屋盖的尾部结构呈现不规则的牛角形,采用变截面倒三角形与四边形相结合的钢管桁架结构体系,实现了建筑与结构的有机结合。     

按等应力原则配置的铰接杆系结构刚度最大原理

针对几何拓扑关系确定的铰接杆系结构,如何进行杆件的截面配置使结构在材料用量相同的情况下刚度最大的问题,提出了铰接杆系结构刚度最大的等应力截面配置原理.该原理表明,对于几何拓扑关系已确定的铰接杆系结构,使各杆件都同步达到某一应力时的杆件截面配置方案,是在材料用量相同情况下结构各种可能的截面配置方案中使结构刚度最大的截面配置方案.根据虚功原理,证明了相同荷载作用下杆系结构按等应力原则配置的方案在各种可能的截面配置方案中应变能最小,进而得出了前述原理.通过静定两杆桁架和超静定空间网架结构算例对上述原理进行了验证,结果表明该原理是正确有效的.     

基于效率系数的组合钢桁梁优化设计方法

组合钢桁梁具有桁架结构的受力特征,同时还受节点性能和板桁组合作用的影响,受力机理复杂。传统有限元优化方法无法兼顾杆件和节点,为对组合钢桁梁设计方案进行快速、准确地优化,提出了一种基于效率系数的优化设计方法。在采用杆系有限元模型进行初步分析基础上,根据结构内力分布相似的假定,以杆件和节点承载力效率系数为优化指标对构件进行优化,再将优化方案代入有限元模型进行验证。以矩形钢管混凝土组合桁梁连续梁桥既有通用图集为依托工程,进行设计方案优化。结果表明:组合钢桁梁空间效应等因素产生的弯曲应力可达组合应力的15%～42%,弯矩产生的影响不可忽略,在计算杆件效率系数时应将弯矩和轴力同时考虑在内; 效率系数可直观反映组合钢桁梁构件应力状态,快速定位优化构件,还可依据杆件截面特征将优化方案细分至板件层面; 所提优化设计方法可对组合钢桁梁的节点和杆件进行统筹优化,避免反复进行有限元试算,显著提高优化计算效率。     

桁架式斜拉桥——盐水河大桥的计算结果分析

湖北省盐水河大桥为单塔斜拉式桁架桥。通过建立桥梁空间模型,计算了3种荷载组合下上弦杆、下弦杆、中腹杆、拉腹杆和压腹杆等杆件的应力及弯矩,给出了不同荷载组合下桥梁墩、台的支撑反力,列出了考虑活载作用后不同位置处杆件及桥面的位移变形计算结果。桁架受力分析结果说明斜拉桁架具有明显的斜拉桥特性;通过支座反力分析,采用预先施压方法有效解决桥台负反力问题。最后简单介绍了该桥的施工方法。     

方钢管焊接空心球节点的承载力与实用计算方法研究

国家游泳中心“水立方”采用了一种新型的多面体空间刚架结构,杆件形式包括圆钢管、方钢管和矩形钢管,节点则主要采用焊接空心球节点。本文系统研究在轴力、弯矩及两者共同作用下方钢管焊接空心球节点的受力性能与承载能力。建立了采用理想弹塑性应力-应变关系、Mises屈服准则,同时考虑几何非线性的有限元分析模型,并对承受轴力、弯矩及两者共同作用的方钢管焊接球节点进行了大量的有限元参数分析。对轴力和弯矩共同作用的焊接球节点,其轴力-弯矩相关关系与节点的几何参数(包括空心球的球径、壁厚及钢管边长)无关。对若干典型节点进行了试验研究,直观了解节点的受力性能和破坏机理,并验证了有限元模型的正确性。还推导了基于冲切面剪应力破坏模型的节点承载力简化理论解,从而得到节点承载力计算公式的基本形式。最后,综合简化理论解、有限元分析和试验研究的结果,建立了轴力、弯矩及两者共同作用下方钢管焊接球节点承载力的实用计算公式,其中,对轴力和弯矩共同作     

钢管混凝土桁梁受弯试验研究

针对钢管混凝土桁式受弯构件的整体受力性能,设计并制作了钢管混凝土桁梁试件,进行了四分点对称加载,分析了钢管混凝土桁梁的变形与应变分布模式、破坏模式和承载力等。试验结果表明:钢管混凝土桁梁变形比实腹梁小很多且主要集中于边段;桁梁节点受力复杂,节点承载力是结构承载力的控制因素;弦杆填充混凝土可增大弦杆的径向刚度并约束节点变形,避免发生弦杆钢管塑性失效,从而提高节点承载力。四分点对称荷载作用下,全焊桁梁腹杆实际分担的轴力值小于铰接桁架的计算值,弦杆承受了较大的弯矩;节点破坏前桁梁试件边段腹杆有较明显的剪切变形。     

Tests of concrete-filled stainless steel tubular T-joints

This paper describes a test program on a wide range of concrete-filled cold-formed stainless steel tubular T-joints fabricated from square hollow section (SHS) and rectangular hollow section (RHS) brace and chord members. A total of 27 tests was performed. The chord member of the test specimen was filled with concrete along its full length. Both high strength stainless steel (duplex and high strength austenitic) and normal strength stainless steel (AISI 304) specimens filled with nominal concrete cylinder strength of 30 MPa were tested. The axial compression force was applied to the top end of the brace member, which was welded to the center of the chord member. Local buckling failure of brace member was the main failure mode observed during the tests. Hence, the axial compression force was then applied by means of a steel bearing plate to avoid failure of brace member. The failure modes of chord face failure and chord side wall failure as well as crushing of the concrete infill were observed. All the tests were performed by supporting the chord member of the specimen along its entire length to apply the pure concentrated force without any bending moment. The test results were also compared with design rules for carbon steel tubular structures, which is the only existing design guideline for concrete-filled tubular joints. It is shown that the design strengths predicted by the current design rules are quite conservative for the test specimens. It is also recommended that the contribution of stainless steel tubes should be included in the design rules since it has significant effects on the ultimate bearing capacity of concrete-filled stainless steel tubular T-joints.     

双竖腹杆空腹桁架与方钢管连接π型节点的极限承载力

基于空腹桁架的弯矩分布规律,提出了双竖腹杆空腹桁架的概念。双竖腹杆空腹桁架的节间距和上、下弦杆的弯矩小于单腹杆空腹桁架。当采用空心钢管作构件时,这类空腹桁架适用于杆件截面超出现有规格的大跨空腹桁架。采用非线性有限元法和均匀设计法研究方钢管连接π型节点的极限承载力。     

苏州国际博览中心屋盖结构分析和并联K形圆钢管相贯节点研究

本文介绍了苏州国际博览中心大跨变高度立体管桁架屋盖结构整体性能分析和并联K形圆钢管相贯节点的大比例试验及非线性有限元分析。分析表明以下弦双钢管为特征的倒梯形立体管桁架的动力特性非常理想;将部分支座改为可滑移支座能有效减小大面积屋盖的温度内力,同时也有利于减小结构的地震反应;考虑大跨结构P-δ效应,对桁架上下弦杆的影响较明显,对腹杆的影响相当小。并联K形圆钢管相贯节点试验和有限元分析结果表明这种节点在正常使用状态下带一定范围塑性区工作是安全的,且具有较高承载能力和较好的延性;其破坏模式不同于平面K形节点,连系支管能起到有效的约束作用并影响到主管壁上的应力分布和发展。研究成果为这种规范尚未涵盖的空间相贯节点的设计提供了可靠依据。     

矩形钢管焊接空心球节点承载能力的简化理论解与实用计算方法研究

国家游泳中心“水立方”的新型多面体空间刚架结构采用配合矩形钢管、且承受轴力与弯矩共同作用的焊接空心球节点,目前规范对该类节点的设计方法尚属空白。在有限元分析和试验研究的基础上,进一步研究轴力、弯矩及两者共同作用下矩形钢管焊接空心球节点的承载能力及设计方法。首先推导基于冲切面剪应力破坏模型的节点承载力简化理论解,从而得到节点承载力计算公式的基本形式。在此基础上,利用有限元分析和试验结果,建立了轴力、单向弯矩以及两者共同作用下节点承载力的实用计算公式。对双向任意弯矩作用的情况,提出了基于线性插值的简化计算方法。成果可供实际工程设计采用,也可供相关规程修订时参考。     

波折腹板工形构件截面承载力设计方法

从波折腹板工形构件的受力机理出发,利用有限元软件ANSYS计算了波折腹板工形构件在轴压力作用、弯矩作用和剪力作用下的承载力。通过分析其截面应力分布情况,得出了波折腹板工形构件在轴压力作用和弯矩作用下由翼缘承受绝大部分荷载,在剪力作用下由腹板承受绝大部分荷载的结论,并提出了合理的截面承载力计算模型。所得结论可作为波折腹板工形构件截面承载力计算的依据。